水下爆破对紧邻钢管桩动力影响的技术学习体会

文献概况与研究背景

封江东等（2023）发表于《水利水运工程学报》的这篇论文，聚焦于沉管隧道暗埋段对接端及预制干坞坞口临时护岸中，混凝土止水墙爆破拆除对紧邻锁口钢管桩动力特性的影响。该研究依托襄阳市某实际工程，采用欧拉-拉格朗日耦合方法建立了三维精细化钢管桩-混凝土止水墙有限元模型，分别考察了桩间布孔与桩侧布孔两种炮孔布置方案下爆破荷载对钢管桩的冲击响应。研究结论指出，两种布孔形式下锁口钢管桩均不会倾倒，但桩间布孔更有利于螺栓剪断，能够实现"断而不倒"的精准爆破控制目标。

关键技术要点解读

爆破荷载与结构动力响应机理

水下爆破产生的冲击波在水介质中传播时，其压力峰值随距离的衰减规律遵循 Sadovsky 公式（萨多夫斯基公式），即 $P = K \cdot \frac{\sqrt[3]{Q}}{R}$，其中 $Q$ 为单段药量（kg），$R$ 为爆源至结构的距离（m），$K$ 为介质系数。水下爆破的冲击波在水中传播速度约为 1500 m/s，远大于空气中约 340 m/s 的传播速度，这意味着冲击波对紧邻结构的加载时间极短，属于典型的冲击载荷范畴。对于钢管桩而言，其壁厚与直径之比通常较小（$t/D < 0.05$），属于薄壁结构，在冲击波作用下易产生局部凹陷变形（dimples）或整体屈曲。

欧拉-拉格朗日耦合方法的应用优势

文献采用 Euler-Lagrange 耦合方法建立三维模型，这一选择具有重要的工程意义。混凝土止水墙在爆破作用下经历剧烈的破碎与飞散过程，属于大变形、材料破坏问题，适合用欧拉描述（Eulerian description）来捕捉材料的破碎与流动；而钢管桩在冲击波作用下主要发生弹性或弹塑性变形，适合用拉格朗日描述（Lagrangian description）来追踪节点的位移与应力。两者的耦合界面处理是关键难点，需要采用ALE（任意拉格朗日-欧拉）算法来保证界面处的质量与动量守恒。

布孔方案对比分析

工程实践启示与思考

在实际工程中，沉管隧道对接端的临时护岸结构拆除是一项高风险作业。钢管桩作为永久性或半永久性结构，必须在爆破拆除混凝土止水墙的过程中保持结构完整性。文献提出的"断而不倒"理念，本质上是一种精准爆破控制策略——通过优化炮孔布置、装药量分配与起爆顺序，使爆破能量精确作用于目标结构的薄弱部位（如螺栓连接节点），而将冲击波对非目标结构的损伤控制在可接受范围内。

从焊接工艺角度审视，钢管桩的锁口焊缝质量直接影响其在爆破冲击下的结构完整性。锁口焊缝通常采用 SMAW 手工电弧焊或 FCAW 药芯焊丝电弧焊，焊缝质量等级应达到 GB/T 3323 中 B 级或以上标准。在爆破荷载作用下，焊缝区域作为应力集中部位，其残余应力分布与焊接缺陷（如气孔、夹渣、未熔合）可能成为裂纹萌生的起始点。因此，在爆破拆除前的结构评估中，应对锁口焊缝进行 MT 或 PT 检测，确认无表面裂纹等致命缺陷。

此外，文献中提到的"零干扰"爆破效果，在工程实践中需要综合考虑振动速度控制。根据 GB 6722-2014《爆破安全规程》，水下爆破的振动速度限值通常按建筑物安全振动速度标准执行，对于一般性建筑物，振动速度限值约为 2.0~3.0 cm/s。在实际操作中，需通过分区分段起爆、限制单段药量、增加隔振沟等措施，将振动速度控制在安全范围内。

学习心得与总结

本文档的核心价值在于将爆破工程与钢管桩结构动力响应进行了跨学科的融合研究，为沉管隧道工程中临时护岸结构的精准拆除提供了理论依据和技术指导。作为钢管与焊接技术领域的从业者，我深刻认识到：钢管桩在复杂工况下的结构安全不仅取决于其制造与焊接质量，还与服役期间的各种外部荷载（包括爆破冲击）密切相关。未来的工程实践中，应在设计阶段即考虑可能的爆破拆除工况，通过合理的锁口连接设计、焊缝工艺优化与结构冗余度配置，确保钢管桩在极端荷载下的结构完整性与安全裕度。